Xem mẫu
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
BÁO CÁO TÓM TẮT
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU INS/GPS,
PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGÀNH TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ”
MÃ SỐ: 2015.07.09
Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường HN
Chủ nhiệm đề tài/dự án: ThS. Đỗ Văn Dương
Hà Nội – 2017
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
BÁO CÁO TÓM TẮT
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU INS/GPS,
PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGÀNH TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ”
MÃ SỐ: 2015.07.09
Chủ nhiệm đề tài/dự án:
(ký tên)
ThS. Đỗ Văn Dương
Cơ quan chủ trì đề tài/dự án:
(ký tên và đóng dấu)
PGS.TS. Phạm Quý Nhân
Hà Nội - 2017
1. Đặt vấn đề
Việc thu thập thông tin địa lý một cách tức thời đang trở nên cần thiết để
phục vụ cho việc thông tin nhanh, ứng phó với các thiên tai, thảm họa thiên nhiên.
Sự phát triển của các ứng dụng tự động hóa trong việc thu thập dữ liệu thông tin địa
lý đang nổi lên là một xu hướng trong những năm gần đây để thay thế cho những
công nghệ truyền thống. Trên thế giới, từ những năm 90 của thế kỷ trước, những hệ
thống lập bản đồ di động mặt đất và hàng không đã được đề xuất và phát triển phục
vụ việc thu thập dữ liệu địa lý một cách tự động, nhanh chóng. Những năm gần đây
chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống lập bản đồ di động sử dụng máy
bay không người lái. Về nguyên lý cơ bản, các hệ thống lập bản đồ di động (MMS)
cũng giống như các hệ thống bay chụp ảnh hàng không truyền thống, trong đó việc
thu thập dữ liệu để thành lập bản đồ bao gồm hai bước chính: (1) Thu nhận hình ảnh
bằng các máy chụp ảnh hoặc đám mây điểm bằng máy quét laser và (2) Tính
chuyển tọa độ các điểm từ hệ tọa độ khung ảnh (máy quét laser) về hệ tọa độ trắc
địa quy chuẩn. Công nghệ phổ biến được sử dụng cho mục đích này là sử dụng hệ
thống tham chiếu tọa độ trực tiếp với sự tích hợp giữa hệ thống định vị toàn cầu
(GPS) và hệ thống định vị quán tính (INS) với các cảm biến quán tính (IMU).
Ở trong nước, cùng với việc phát triển và khai thác sử dụng các hệ thống MMS,
như các hệ thống Lidar hàng không, hệ thống chụp ảnh hàng không sử dụng máy
bay không người lái, các hệ thống định vị, định hướng INS/GPS cũng đã được đề
cập đến.
Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước vẫn còn tồn tại một số hạn chế cần
được nghiên cứu như sau:
- Các nghiên cứu về công nghệ tích hợp INS/GPS trong nước tập trung chủ
yếu vào các ứng dụng cho định vị dẫn đường các phương tiện giao thông và lĩnh
vực quân sự. Việc nghiên cứu hệ thống INS/GPS ứng dụng cho ngành trắc địa bản
đồ vẫn còn hạn chế hoặc chưa đầy đủ.
- Các nghiên cứu trong nước mới nghiên cứu phương pháp tích hợp lỏng,
trong đó trị đo GPS cung cấp cho hệ thống là vị trí hoặc vận tốc của máy thu GPS.
Việc tích hợp chặt trong đó sử dụng trực tiếp các trị đo GPS thô như khoảng cách
giả, trị đo Doppler, hay trị đo pha sóng tải chưa được đề cập.
1
- Vẫn còn hạn chế trong việc nghiên cứu đề, xuất tích hợp thêm các cảm biến
phụ trợ nhằm nâng cao độ chính xác và tính ổn định của hệ thống tích hợp.
- Chưa tập trung đến các phương pháp sử lý số liệu cho sử lý sau như các phép
lọc hai chiều, các phép ước lượng trơn để nâng cao độ chính xác của hệ thống.
- Các module phần mềm được giới thiệu trong các nghiên cứu trên chủ yếu là
các module phần mềm mô phỏng hoặc còn rất đơn giản, chưa nhiều các tham số
thiết đặt cho việc xử lý số liệu. Điều này gây khó khăn cho người sử dụng hoặc phát
triển cho các ứng dụng thực tế.
- Các nghiên cứu trong nước vẫn còn hạn chế trong việc nghiên cứu và thử
nghiệm hệ thống INS/GPS trong môi trường nhiễu, khuất tín hiệu GPS.
- Việc thử nghiệm và đánh giá độ chính xác các hệ thống chưa thật sự thuyết
phục và tin cậy do thiếu các hệ thống chuẩn hoặc các phương pháp đo đạc đủ tin cậy.
- Đối với công tác đào tạo trong lĩnh vực Trắc địa-Bản đồ ở Việt nam, công
nghệ GPS đã được đưa vào chương trình giảng dạy, tuy nhiên, trong những năm
gần đây với những công nghệ yêu cầu xác định một cách đồng thời các tham số về
vị trí và hướng ở tần số đầu ra cao như công nghệ Lidar hàng không, công nghệ đo
ảnh sử dụng máy bay không người lái thì riêng công nghệ GPS là chưa đủ mà cần
phải tích hợp thêm hệ thống INS và các phương pháp xử lý số liệu tích hợp.
Để khắc phục những tồn tại trong các nghiên cứu trên, trong đề tài này, tác
giả giải quyết các vấn đề sau:
- Nghiên cứu công nghệ tích hợp INS/GPS ứng dụng cho ngành Trắc địa-Bản đồ.
- Tập trung vào phương pháp tích hợp chặt INS/GPS trong đó sử dụng trực
tiếp các trị đo GPS thô như khoảng cách giả, trị đo Doppler, hay trị đo pha sóng
tải. Với phương pháp tích hợp chặt, hệ thống có thể tận dụng được các tín hiệu
GPS của ít hơn 4 vệ tinh được quan sát, nhờ vậy có thể nâng cao độ chính xác của
hệ thống trong những môi trường đo bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS.
- Nghiên cứu tích hợp trị đo INS với trị đo GPS tương đối động để nâng cao
độ chính xác định vị, qua đó có thể kết hợp hệ thống thiết kế với các trạm tham
chiếu tọa độ (Trạm Cors) sẵn có trong khu vực.
- Nghiên cứu, tích hợp thêm các cảm biến phụ trợ như la bàn điện tử, cảm biến
vận tốc, cảm biến độ cao nhằm nâng cao độ chính xác và tính ổn định của hệ thống.
2
- Các phép lọc hai chiều, ước lượng trơn sẽ được tập trung nghiên cứu để nâng
cao độ chính xác của phương pháp xử lý số liệu tích hợp.
- Thiết kế và xây dựng phần mềm xử lý số liệu đầu ra của hệ thống tích hợp
với giao diện người dùng để tiện lợi cho việc nghiên cứu, thử nghiệm hoặc có thể sử
dụng cho thực tế sản xuất.
- Nghiên cứu, đề xuất và thử nghiệm hệ thống tích hợp INS/GPS trong đa
dạng các môi trường bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS như trong đô thị, môi trường đồi
núi, qua đường hầm.
- Thử nghiệm và đánh giá độ chính xác của hệ thống dựa trên các hệ thống
chuẩn và phần mềm thương mại và bằng các phương pháp đo đạc thực địa chính xác.
- Các nghiên cứu trong đề tài sẽ là cơ sở để cung cấp các tài liệu khoa học, bổ
sung trang thiết bị thí nghiệm phục vụ đào tạo về công nghệ tích hợp INS/GPS, ứng
dụng trong ngành Trắc địa-Bản đồ ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-
Phát triển một hệ thống tích hợp INS/GPS sử dụng các cảm biến quán tính và
máy thu GPS, phục vụ công tác đào tạo ngành Trắc địa-Bản đồ.
-
Thiết kế, xây dựng phần mềm để xử lý số liệu tích hợp INS/GPS.
-
Thử nghiệm độ tin cậy của hệ thống tích hợp và phần mềm.
3
nguon tai.lieu . vn
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
BÁO CÁO TÓM TẮT
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU INS/GPS,
PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGÀNH TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ”
MÃ SỐ: 2015.07.09
Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường HN
Chủ nhiệm đề tài/dự án: ThS. Đỗ Văn Dương
Hà Nội – 2017
BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ
BÁO CÁO TÓM TẮT
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU INS/GPS,
PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO NGÀNH TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ”
MÃ SỐ: 2015.07.09
Chủ nhiệm đề tài/dự án:
(ký tên)
ThS. Đỗ Văn Dương
Cơ quan chủ trì đề tài/dự án:
(ký tên và đóng dấu)
PGS.TS. Phạm Quý Nhân
Hà Nội - 2017
1. Đặt vấn đề
Việc thu thập thông tin địa lý một cách tức thời đang trở nên cần thiết để
phục vụ cho việc thông tin nhanh, ứng phó với các thiên tai, thảm họa thiên nhiên.
Sự phát triển của các ứng dụng tự động hóa trong việc thu thập dữ liệu thông tin địa
lý đang nổi lên là một xu hướng trong những năm gần đây để thay thế cho những
công nghệ truyền thống. Trên thế giới, từ những năm 90 của thế kỷ trước, những hệ
thống lập bản đồ di động mặt đất và hàng không đã được đề xuất và phát triển phục
vụ việc thu thập dữ liệu địa lý một cách tự động, nhanh chóng. Những năm gần đây
chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của các hệ thống lập bản đồ di động sử dụng máy
bay không người lái. Về nguyên lý cơ bản, các hệ thống lập bản đồ di động (MMS)
cũng giống như các hệ thống bay chụp ảnh hàng không truyền thống, trong đó việc
thu thập dữ liệu để thành lập bản đồ bao gồm hai bước chính: (1) Thu nhận hình ảnh
bằng các máy chụp ảnh hoặc đám mây điểm bằng máy quét laser và (2) Tính
chuyển tọa độ các điểm từ hệ tọa độ khung ảnh (máy quét laser) về hệ tọa độ trắc
địa quy chuẩn. Công nghệ phổ biến được sử dụng cho mục đích này là sử dụng hệ
thống tham chiếu tọa độ trực tiếp với sự tích hợp giữa hệ thống định vị toàn cầu
(GPS) và hệ thống định vị quán tính (INS) với các cảm biến quán tính (IMU).
Ở trong nước, cùng với việc phát triển và khai thác sử dụng các hệ thống MMS,
như các hệ thống Lidar hàng không, hệ thống chụp ảnh hàng không sử dụng máy
bay không người lái, các hệ thống định vị, định hướng INS/GPS cũng đã được đề
cập đến.
Tuy nhiên, các nghiên cứu trong nước vẫn còn tồn tại một số hạn chế cần
được nghiên cứu như sau:
- Các nghiên cứu về công nghệ tích hợp INS/GPS trong nước tập trung chủ
yếu vào các ứng dụng cho định vị dẫn đường các phương tiện giao thông và lĩnh
vực quân sự. Việc nghiên cứu hệ thống INS/GPS ứng dụng cho ngành trắc địa bản
đồ vẫn còn hạn chế hoặc chưa đầy đủ.
- Các nghiên cứu trong nước mới nghiên cứu phương pháp tích hợp lỏng,
trong đó trị đo GPS cung cấp cho hệ thống là vị trí hoặc vận tốc của máy thu GPS.
Việc tích hợp chặt trong đó sử dụng trực tiếp các trị đo GPS thô như khoảng cách
giả, trị đo Doppler, hay trị đo pha sóng tải chưa được đề cập.
1
- Vẫn còn hạn chế trong việc nghiên cứu đề, xuất tích hợp thêm các cảm biến
phụ trợ nhằm nâng cao độ chính xác và tính ổn định của hệ thống tích hợp.
- Chưa tập trung đến các phương pháp sử lý số liệu cho sử lý sau như các phép
lọc hai chiều, các phép ước lượng trơn để nâng cao độ chính xác của hệ thống.
- Các module phần mềm được giới thiệu trong các nghiên cứu trên chủ yếu là
các module phần mềm mô phỏng hoặc còn rất đơn giản, chưa nhiều các tham số
thiết đặt cho việc xử lý số liệu. Điều này gây khó khăn cho người sử dụng hoặc phát
triển cho các ứng dụng thực tế.
- Các nghiên cứu trong nước vẫn còn hạn chế trong việc nghiên cứu và thử
nghiệm hệ thống INS/GPS trong môi trường nhiễu, khuất tín hiệu GPS.
- Việc thử nghiệm và đánh giá độ chính xác các hệ thống chưa thật sự thuyết
phục và tin cậy do thiếu các hệ thống chuẩn hoặc các phương pháp đo đạc đủ tin cậy.
- Đối với công tác đào tạo trong lĩnh vực Trắc địa-Bản đồ ở Việt nam, công
nghệ GPS đã được đưa vào chương trình giảng dạy, tuy nhiên, trong những năm
gần đây với những công nghệ yêu cầu xác định một cách đồng thời các tham số về
vị trí và hướng ở tần số đầu ra cao như công nghệ Lidar hàng không, công nghệ đo
ảnh sử dụng máy bay không người lái thì riêng công nghệ GPS là chưa đủ mà cần
phải tích hợp thêm hệ thống INS và các phương pháp xử lý số liệu tích hợp.
Để khắc phục những tồn tại trong các nghiên cứu trên, trong đề tài này, tác
giả giải quyết các vấn đề sau:
- Nghiên cứu công nghệ tích hợp INS/GPS ứng dụng cho ngành Trắc địa-Bản đồ.
- Tập trung vào phương pháp tích hợp chặt INS/GPS trong đó sử dụng trực
tiếp các trị đo GPS thô như khoảng cách giả, trị đo Doppler, hay trị đo pha sóng
tải. Với phương pháp tích hợp chặt, hệ thống có thể tận dụng được các tín hiệu
GPS của ít hơn 4 vệ tinh được quan sát, nhờ vậy có thể nâng cao độ chính xác của
hệ thống trong những môi trường đo bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS.
- Nghiên cứu tích hợp trị đo INS với trị đo GPS tương đối động để nâng cao
độ chính xác định vị, qua đó có thể kết hợp hệ thống thiết kế với các trạm tham
chiếu tọa độ (Trạm Cors) sẵn có trong khu vực.
- Nghiên cứu, tích hợp thêm các cảm biến phụ trợ như la bàn điện tử, cảm biến
vận tốc, cảm biến độ cao nhằm nâng cao độ chính xác và tính ổn định của hệ thống.
2
- Các phép lọc hai chiều, ước lượng trơn sẽ được tập trung nghiên cứu để nâng
cao độ chính xác của phương pháp xử lý số liệu tích hợp.
- Thiết kế và xây dựng phần mềm xử lý số liệu đầu ra của hệ thống tích hợp
với giao diện người dùng để tiện lợi cho việc nghiên cứu, thử nghiệm hoặc có thể sử
dụng cho thực tế sản xuất.
- Nghiên cứu, đề xuất và thử nghiệm hệ thống tích hợp INS/GPS trong đa
dạng các môi trường bị nhiễu, khuất tín hiệu GPS như trong đô thị, môi trường đồi
núi, qua đường hầm.
- Thử nghiệm và đánh giá độ chính xác của hệ thống dựa trên các hệ thống
chuẩn và phần mềm thương mại và bằng các phương pháp đo đạc thực địa chính xác.
- Các nghiên cứu trong đề tài sẽ là cơ sở để cung cấp các tài liệu khoa học, bổ
sung trang thiết bị thí nghiệm phục vụ đào tạo về công nghệ tích hợp INS/GPS, ứng
dụng trong ngành Trắc địa-Bản đồ ở Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
-
Phát triển một hệ thống tích hợp INS/GPS sử dụng các cảm biến quán tính và
máy thu GPS, phục vụ công tác đào tạo ngành Trắc địa-Bản đồ.
-
Thiết kế, xây dựng phần mềm để xử lý số liệu tích hợp INS/GPS.
-
Thử nghiệm độ tin cậy của hệ thống tích hợp và phần mềm.
3